Leichtbau Projekt erforscht neues Recyclingverfahren von Faserverbundkunststoffen

Ein Forschungsteam der TH Nürnberg forscht im Projekt „Ceres“ (Chemisches Recycling epoxidharzbasierter Stoffe) an einer Methode, Faserverbundkunststoffe (FVK) kosteneffizient zu recyceln. Ein Durchbruch könnte der Wirtschaft einen großen Mehrgewinn bringen.

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Der Industrieeinsatz von Faserverbundkunststoffen (FVK) im Leichtbau, wie in der Luftfahrt oder der Automobilbranche, wächst stetig. Daher haben die Wirtschaft und die Politik ein großes Interesse daran, die ausrangierten Bauteile aus FVK wieder zu verwerten.

Die Arbeitsgruppe um Prof. Gerd Wehnert von der Fakultät Angewandte Chemie der TH Nürnberg entwickelt im Forschungsprojekt „Ceres“ eine Methode, vernetzte Kunststoffe auf Epoxidharzbasis einfach, schnell und mit geringem Energieaufwand zu recyceln.

FVK interessant für den Leichtbau

FVK bestehen aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix. Sie bilden eine synergetische Kombination der Eigenschaften ihrer Einzelkomponenten: die verstärkenden, kraftaufnehmenden Fasern sowie die formgebende Matrix, die auch als Schutz vor äußeren Einflüssen dient. Die FVK haben eine hohe Festigkeit und Steifheit bei vergleichsweise geringer Dichte – das macht sie für den Leichtbau wie in der Luftfahrt oder im Automobilbau, aber auch für die Sport- und Freizeitindustrie interessant.

Die FVK bestehen teilweise aus einer Kunststoffmatrix. Diese Kunststoffmatrix ist oftmals ein Epoxidharz – ein aushärtendes Kunstharz, das starke Belastungen aushält. Der jährliche Gesamtumsatz an Epoxidharzen liegt laut Fakultät bei rund 9,2 Milliarden US-Dollar, das birgt ein hohes Potenzial. „Nach aktuellem Stand der Technik können gerade die häufig eingesetzten epoxidharzbasierten Verbundkunststoffe nur sehr energie- und zeitaufwendig und damit kostenintensiv recycelt werden“, so Prof. Wehnert.

Vernetzungsstellen chemisch spalten

Duromere, durch chemische Reaktion vernetzte Kunststoffe, lassen sich nicht mehr aufschmelzen – sie können bisher nicht effizient recycelt werden. Eine Möglichkeit zur Weiterverwendung würde in einem chemischen Recycling bestehen, bei dem die Vernetzungsstellen chemisch gespalten und das Duromer so in kleinere, lösliche Moleküle zerlegt wird.

Bei Epoxidharzen, wie der Kunststoffmatrix bei den FVK, ist es noch nicht gelungen, dieses Prinzip technisch anzuwenden. An diesem Punkt setzt das Forschungsprojekt „Ceres“ an. Das Team forscht an einem Recyclingreagenz, mit der die Solvolyse der FVK möglich ist, d.h. der Bruch der chemischen Bindung durch ein spezielles Reagenz. Das Ziel ist, dabei die kostspieligen Fasern nicht zu beschädigen, eine Wiederverwertung soll so möglich sein. Als Agens für diese Reaktion untersucht das Forschungsteam eine Chemikalienkombination, die Epoxidharznetzwerke bereits bei geringem Energieaufwand einfach, schnell und nahezu vollständig zersetzen könnte.

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„Wir stellen Epoxidharzmodellnetzwerke her und erproben daran Reagenzien, die die Modellnetzwerke spalten können. Ist ein Reagenz technisch einsatzfähig, übertragen wir es auf epoxidharzbasierte Faserverbundstoffe“, so Prof. Wehnert. Sobald das Reagenz die Matrix des epoxidharzbasierten Bauteils angegriffen hat, wird die zersetzte Matrix von den Fasern gewaschen. Dieses Verfahren soll die Fasern sichern, die anschließend für die Herstellung neuer Faserbundkunststoffe wiederverwertet werden können.

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